静力水准自动监测系统的研究.docx

静力水准自动监测系统的研究常青（河南省煤田地质局二队 ，河南 洛阳 ）摘 要 ：为了评估静力水准自动监测系统的应用价值 ，在简单介绍静力水准自 动监测系统的原理及结构的基础上， 采用文献分析和比较分析方法 ，综 合分析了静力水准自动监测系统在地铁隧道结构自动化垂直位移测量 中的应用情况。分析表明 ，静力水准自动监测系统具有精度高 、成 本低 、分 布式 、实 时 、动 态 、全 天候智能远 程遥测的优点 ，在地铁和隧道工程安全监测领域有着广泛的应用前景 。关键词 ：静 力水准 ；自 动监测 ；垂 直位移 ；地 铁隧道中图分类号 ：文献标识码 ：文章编号 ：（） 引言在地面重要建筑、大 坝和滑坡的垂直位移监测 中较早地采用了静力水准仪，现 已发展为在线监 测系统；隧道垂直位移观测多采用水准仪、全 站仪 等方法，随着传感器技术和远程自动在线监测系统 的发展，隧道的现 场监控量测技术由不成熟走向成 熟，由单一的测量逐渐形成一个有机的监测系统 ，监 测系统也由人工值守监测到自动监测，静 力水准 隧道自动监测系统也在隧道垂直位移监测中的应用 具有广阔的前景。本文综述国内外的研究成果，重点就静力水准 自动监测系统的应用情况进行综述。 静力水准自动监测系统的测量原理与系统结构 静力水准自动监测系统测量原理静力水准自动监测系统测量原理是依据连通管 原理的方法，用电容传感器，测量每个测点容器内液 面的相对变化，再 通过计算求得各点相对于基点的 相对沉陷量，其模型见图。图 连通管测量原理示意图 （）初 始状态（） （）任 意次状态（）收稿日期 ：基金项目：国家自然科学基金项目（）。作者简介 ：常 青（），男 ，工 程 师 ，主要从事工程测量技术和管 理 工 作 ，河南省洛阳市西工区九都路 号 ，：。年月地质装备 如上图所示，设共布 设有 个测点， 号点为 相对基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基 准）参考高程面 间的距离则为：、 （为测点代号，）；各测点安装高程与液面间的距离为：、 则有： （）当发生不均匀沉陷后 ，设各测 点安装高程相对 于基准参考 高 程 面 的 变 化 量 为：、 。由图可得：（ ） （ ） （ ） （ ）（）则 次测量 点相对于基准点 的相对沉陷量为：的），则可求 得该时刻各点 相 对 于 基 准 点 的 相 对高程差。如把任意点 （，）做 为相对基准 点，将 测次做为参考测次，则 按 （）式 同样可求出 任意测点相对 测点 （以 测次为基准值 ）的 相 对 高程差 ： （ ） （ ）（） 静力水准自动监测系统的结构各静力水准仪安装后，将 各静力水准仪导线联 接至数据箱，能过 无线传输或网线直接联接至电脑 （可多台电脑同时 查看 ），随时输出测量指令或设定 定时测量指令，静 力水准仪自动测量容器内的水位 变化情况，通过 一定的公式，解 算为水位的升降量， 从而形成报表，整体结构见图和图所示。 （）由（）式可得： （ ） （ ）（ ） （ ）（）由（）式可得：（ ） （）将（）式化入（）式得： （ ） （ ）（）即只要用电容传感器测得任意时刻各测点容器 内液面相对于该点安装高程的距离（含及首次图 静力水准系统安装示意图 图 静力水准系统串联总线连接方法 静力水准自动化监测系统的应用静力水准自动化监测系统可以布设在铁道路基 沿线监测路基沉降（图 ），根 据李兴高等的 研究， 型智能分布式工程安全监测系统在北京 地铁东直门站 区下穿城铁 号线站后折返线中得到系统应用，整个系统运行期间测值精度高 ，稳定 性好，和人工监测数据 对比相一致，完 全满足 地 下铁道、轻轨交通工程测量规范规范和既有线监测 技术的要求。 静力水准自动化监测系统的精度付和宽通过在已运营的地铁隧道内布设一定数 量的静力水准仪，按照一定的采样频率采集液面变 形数据，定量分析 了列车运行对静力水准观测精度 的影响，得到以下结论：（）地铁 隧 道 内 列 车 通 过 后，静 力 水 准 液 面 稳 定的最短时间约为 分钟。（）地铁隧道内列车按照约 分钟的间隔有规 律的通过观测点时，多个列车运行周期的静力水准 常青：静力水准自动监测系统的研究第卷第期观测总体 平 均 中 误 差 约 为 ，最 大 约 为 。（）地铁隧道内列车按照约 分钟的间隔有规 律的通过观测点时，剔除波动观测 数据后平段观测 数据的中误差小于 ，平 均约为 。 表明剔除列车震动引起的观测数据后 ，静 力水准观 测精度很高。（）地铁 隧 道 内 列 车 通 过 观 测 点 时 ，观 测 数 据 波动 最 大 达 到 ，观 测 值 平 均 中 误 差 约 为 。（）列车 停 运 后，静力水 准 观测总体平均观测 中误差约为。 静力水准与传统测量方法的比较张勇，张鸣，张晓龙以 京沪高铁西渴马隧道 工程为例对隧道顶拱沉降自动化监测技术进行了研 究，研究表明：静力水准自动监测方法与传统测量测 量方法具有显著的特点。其结果如表所示。 结论随着中国各主要城市地铁网修建和逐步完善， 地铁和隧道安全重要性越来越高 ，自动化的新型智 能分布式工程安全监测系统有着广泛的应用前景， 静力水准自动监测系统具有实时 、动态、全天候实现 智能远程遥测，对现代隧道安全施工和运营 ，具有重 要价值。表 静力水准测量方法与传统测量方法的比较 水准仪钢带尺法全站仪反射片（反 射棱镜）法静力水准仪法观测方式仪器（测 点）安 装方便较方便较不便观测强度高中自动观测精度高较低高观测实施不方便较方便方便数据记录人工自动自动数据处理人工人工或自动自动自动报警无无有图表功能无无有后期维护较方便较方便方便成本较低较低低参考文献： 姚建荣，洪涛，杨 威 虎自 动 监 测系统在地铁穿越既 有线施工中的研究与应用施 工技术 ，（） 李兴高，孙河 川，张 健 全自 动 化监测数据与人工监 测数据的对比分析 中国岩石力学与工程学 会 工